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Die Verfahren der Chloralkalielektrolyse The process of chlor-alkali ...

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Pumpen für die <strong>Chlor<strong>alkali</strong>elektrolyse</strong><br />

Pumps for Chlor-<strong>alkali</strong> Elektrolysis<br />

Pompes pour l’électrolyse du <strong>chlor</strong>e<br />

RHEINHÜTTE<br />

P U M P E N


<strong>Die</strong> <strong>Verfahren</strong> <strong>der</strong> <strong>Chlor<strong>alkali</strong>elektrolyse</strong><br />

<strong>The</strong> <strong>process</strong> <strong>of</strong> <strong>chlor</strong>-<strong>alkali</strong> electrolysis<br />

Les procédés de l’électrolyse du <strong>chlor</strong>e<br />

<strong>Die</strong> <strong>Chlor<strong>alkali</strong>elektrolyse</strong> ist eines <strong>der</strong><br />

wichtigsten <strong>Verfahren</strong> in <strong>der</strong> chemischen<br />

Industrie und liefert die Basischemikalien<br />

Chlor (Cl2), Natronlauge (NaOH) und<br />

Wasserst<strong>of</strong>f (H2). <strong>Die</strong>se Komponenten<br />

fallen jeweils in einem festen Verhältnis<br />

zueinan<strong>der</strong> an (Kopplungsprodukte). Mit<br />

einer Tonne Chlor entstehen gleichzeitig<br />

1,13 Tonnen Natriumhydroxid und 0,028<br />

Tonnen Wasserst<strong>of</strong>f.<br />

Chlor und Natronlauge sind wichtige<br />

Grundst<strong>of</strong>fe für die chemische Industrie.<br />

<strong>Die</strong> Herstellung einer Vielzahl von organischen<br />

Verbindungen ist erst durch<br />

Syntheseschritte mit Chlor möglich. Hierfür<br />

werden weltweit etwa 75 % des<br />

erzeugten Chlors verwendet. <strong>Die</strong> Chlorproduktion<br />

lag 1999 weltweit bei etwa<br />

39,5 Mio. Tonnen.<br />

Chlor ist äußerst reaktiv, es verbindet<br />

sich leicht mit organischen Molekülen,<br />

die wie<strong>der</strong>um aufgrund <strong>der</strong> so gesteigerten<br />

Reaktionsfähigkeit zu weiteren Synthesen<br />

verwendet werden.<br />

Wichtige Produkte, die Chlor enthalten<br />

o<strong>der</strong> bei <strong>der</strong>en Herstellung Chlor beteiligt<br />

ist, sind Arzneimittel, Farbst<strong>of</strong>fe, Pflanzenschutzmittel<br />

und Kunstst<strong>of</strong>fe wie<br />

Polyurethane, Polycarbonate, Epoxidharze,<br />

Silicone und PVC.<br />

Bei <strong>der</strong> Herstellung von Reinstsilizium für<br />

den Einsatz in <strong>der</strong> Elektronik, sowie bei<br />

<strong>der</strong> TiO2-Produktion zur Gewinnung von<br />

Weißpigmenten spielt Chlor ebenfalls<br />

eine wichtige Rolle.<br />

Natronlauge wird in großen Mengen zur<br />

Abwasserbehandlung sowie zum Aufschluß<br />

von Bauxit bei <strong>der</strong> Herstellung<br />

von Aluminium verwendet. Desweiteren<br />

wird Natronlauge in <strong>der</strong> Zellst<strong>of</strong>fgewinnung,<br />

in <strong>der</strong> Phenolharzproduktion und<br />

in <strong>der</strong> Baumwollverarbeitung benötigt.<br />

Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet von<br />

Natronlauge liegt in <strong>der</strong> Herstellung von<br />

Waschmitteln und Seifen.<br />

Der bei <strong>der</strong> Elektrolyse gewonnene<br />

Wasserst<strong>of</strong>f ist von untergeordneter<br />

Bedeutung. Er zeichnet sich durch eine<br />

hohe Reinheit aus und wird im Vergleich<br />

zu dem bei <strong>der</strong> Rohöl- o<strong>der</strong> Erdgasverarbeitung<br />

anfallenden verunreinigten<br />

Synthesewasserst<strong>of</strong>f dort eingesetzt, wo<br />

Verunreinigungen als Katalysatorgift<br />

wirken können.<br />

2<br />

Chlor-<strong>alkali</strong> electrolysis is one <strong>of</strong> the<br />

most important <strong>process</strong>es in the chemical<br />

industry and provides the basic<br />

chemicals <strong>chlor</strong>ine (Cl2), caustic soda<br />

(NaOH) and hydrogen (H2). <strong>The</strong>se components<br />

always occur in a fixed ratio to<br />

each other (coupled products). With one<br />

tonne <strong>of</strong> <strong>chlor</strong>ine, 1.13 tonnes <strong>of</strong> sodium<br />

hydroxide and 0.028 tonnes <strong>of</strong> hydrogen<br />

are created.<br />

Chlorine and caustic soda are important<br />

basic materials for the chemical industry.<br />

<strong>The</strong> manufacture <strong>of</strong> a great number <strong>of</strong><br />

organic compounds is only possible<br />

through synthesis steps with <strong>chlor</strong>ine.<br />

Worldwide around 75% <strong>of</strong> the <strong>chlor</strong>ine<br />

produced is used for this. Chlorine<br />

production worldwide in 1999 was about<br />

39.5 million tonnes.<br />

Chlorine is extremely reactive; it combines<br />

readily with organic molecules, which in<br />

turn are used for further syntheses due to<br />

their increased reactivity.<br />

Important products that contain <strong>chlor</strong>ine<br />

or where <strong>chlor</strong>ine is involved in the<br />

manufacture, are medicines, pigments,<br />

pesticides and plastics such as polyurethane,<br />

polycarbonate, epoxy resins,<br />

silicone and PVC.<br />

Chlorine likewise plays an important role<br />

in the manufacture <strong>of</strong> high purity silicon<br />

for use in electronics, and in the production<br />

<strong>of</strong> TiO2 for the extraction <strong>of</strong> white<br />

pigments.<br />

Caustic soda is used in large quantities<br />

for the treatment <strong>of</strong> effluent and in the<br />

breakdown <strong>of</strong> bauxite in the manufacture<br />

<strong>of</strong> aluminium. Caustic soda is also needed<br />

for the extraction <strong>of</strong> cellulose, in the<br />

production <strong>of</strong> phenol resin and in the<br />

<strong>process</strong>ing <strong>of</strong> cotton.<br />

Another important use <strong>of</strong> caustic soda is<br />

in the manufacture <strong>of</strong> detergents and<br />

soaps.<br />

<strong>The</strong> hydrogen gained during the electrolysis<br />

is <strong>of</strong> secondary importance. It is<br />

characterised by a high level <strong>of</strong> purity<br />

and in, comparison to the contaminated<br />

synthetic hydrogen created during the<br />

<strong>process</strong>ing <strong>of</strong> crude oil or natural gas, is<br />

used where impurities could act as a<br />

catalyst poison.<br />

L’électrolyse du <strong>chlor</strong>e est l’un des<br />

procédés les plus importants appliqués<br />

dans l’industrie chimique; elle fournit les<br />

produits chimiques de base, à savoir le<br />

<strong>chlor</strong>e (Cl2), la soude caustique ou lessive<br />

de soude (NaOH) et l’hydrogène (H2). Ces<br />

composants sont respectivement produits<br />

sous un rapport fixe mutuel (produits<br />

cogénérés). Une tonne de <strong>chlor</strong>e donne<br />

simultanément 1,13 tonne d’hydroxyde de<br />

sodium et 0,028 tonne d’hydrogène.<br />

Le <strong>chlor</strong>e et la soude caustique sont des<br />

substances de base importantes pour<br />

l’industrie chimique.<br />

Ainsi, la fabrication d’une multitude de<br />

composés organiques est uniquement<br />

possible par des opérations de synthèse<br />

avec du <strong>chlor</strong>e. Environ 75% du <strong>chlor</strong>e<br />

produit à l’échelle mondiale sont utilisés<br />

à cette fin. La production mondiale<br />

de <strong>chlor</strong>e en 1999 s’élevait à env.<br />

39,5 millions de tonnes.<br />

Particulièrement réactif, le <strong>chlor</strong>e se lie<br />

facilement aux molécules organiques qui<br />

sont utilisées pour d’autres synthèses en<br />

raison de leur faculté de réaction accrue.<br />

Parmi les produits importants qui contiennent<br />

du <strong>chlor</strong>e ou dans la fabrication<br />

desquels le <strong>chlor</strong>e intervient, citons les<br />

médicaments, les colorants, les produits<br />

phytosanitaires ainsi que les matières<br />

plastiques comme les polyuréthanes, les<br />

polycarbonates, les résines époxy, les<br />

silicones et les PVC.<br />

Le <strong>chlor</strong>e joue également un rôle important<br />

dans la production de silicium<br />

extrapur destiné à une utilisation en<br />

électronique ainsi que dans la production<br />

de TiO2 pour l’obtention de pigments<br />

blancs.<br />

La soude caustique est utilisée en grande<br />

quantité pour traiter les eaux usées ainsi<br />

que pour dissoudre la bauxite servant à<br />

fabriquer de l’aluminium. En outre, la soude<br />

caustique est nécessaire à la production de<br />

cellulose, de résine phénolique et dans la<br />

transformation du coton.<br />

Un autre domaine d’utilisation important<br />

de la soude caustique est la fabrication de<br />

détergents et savons.<br />

L’hydrogène obtenu lors de l’électrolyse<br />

joue un rôle secondaire. Il se distingue par<br />

une pureté élevée et comparé à l’hydrogène<br />

de synthèse souillé obtenu dans la<br />

transformation du gaz naturel ou du<br />

pétrole, on l’utilise là où des impuretés<br />

auraient une action néfaste sur le<br />

catalyseur.


Chlor und Natronlauge werden großtechnisch<br />

in erster Linie auf dem Wege <strong>der</strong><br />

Elektrolyse von Natrium<strong>chlor</strong>idlösungen<br />

(Sole) hergestellt. Das Ausgangsprodukt<br />

Natrium<strong>chlor</strong>id (Kochsalz, NaCl) wird<br />

durch Eindampfen von Meerwasser o<strong>der</strong><br />

durch bergmännischen Abbau beziehungsweise<br />

durch Aussolen (Auflösen<br />

<strong>der</strong> Salzschichten mit Wasser unter Tage<br />

und anschließendes Abpumpen <strong>der</strong><br />

Lösung) von Salzlagerstätten gewonnen.<br />

Bei <strong>der</strong> Elektrolyse <strong>der</strong> NaCl-Lösung<br />

finden folgende Reaktionen statt:<br />

Kathode:<br />

2 H + + 2e- → H2<br />

Na + + e- → Na (Amalgamverfahren)<br />

Anode:<br />

2 Cl- → Cl2 + 2e- →<br />

→<br />

<strong>Die</strong> Bruttogleichung lautet:<br />

2 H2O+2 NaCl → H2 +2 NaOH+Cl2<br />

Um eine Vermischung <strong>der</strong> gasförmigen<br />

Produkte Chlor und Wasserst<strong>of</strong>f sowie<br />

<strong>der</strong> gebildeten Lauge mit <strong>der</strong> Sole zu<br />

verhin<strong>der</strong>n, haben sich drei wichtige<br />

großtechnische <strong>Verfahren</strong>svarianten am<br />

Markt etabliert.<br />

Dabei ist das Membranverfahren bezüglich<br />

des Energieverbrauches und <strong>der</strong><br />

Umweltfreundlichkeit (Vermeidung von<br />

Asbest und Quecksilber) dem Amalgam<br />

und Diaphragmaverfahren überlegen.<br />

1. Amalgamverfahren<br />

<strong>Die</strong> Elektrolysezelle für das Amalgamverfahren<br />

bildet eine schwach geneigte<br />

trogförmige langgestreckte Zelle. Als<br />

Kathode dient eine dünne Quecksilberschicht,<br />

die über den elektrisch leitenden<br />

Zellenboden fließt. Dabei scheidet sich<br />

aus <strong>der</strong> Reinsole Natrium ab, das vom<br />

Quecksilber als Amalgam aufgenommen<br />

wird. Im Amalgamzersetzer reagiert das<br />

Natriumamalgam in Verbindung mit<br />

Wasser zu Natronlauge und Wasserst<strong>of</strong>f.<br />

<strong>Die</strong> entstehende Natronlauge hat eine<br />

Konzentration von 50%, eine Eindampfung<br />

ist nicht erfor<strong>der</strong>lich. Das an<br />

<strong>der</strong> Anode gebildete Chlorgas wird<br />

anschließend wie beim Diaphragma- und<br />

Membranverfahren getrocknet und komprimiert.<strong>Die</strong><br />

austretende Dünnsole wird<br />

ent<strong>chlor</strong>t, mit frischem Salz aufkonzentriert<br />

und durch Fällung von Verunreinigungen,<br />

wie Sulfat, Eisen und an<strong>der</strong>en<br />

Schwermetallen, gereinigt und dem<br />

Prozeß wie<strong>der</strong> zugeführt.<br />

→<br />

→<br />

<strong>The</strong> method mainly employed for the<br />

large-scale manufacture <strong>of</strong> <strong>chlor</strong>ine and<br />

caustic soda is the electrolysis <strong>of</strong> sodium<br />

<strong>chlor</strong>ide solution (brine). <strong>The</strong> starting<br />

product, sodium <strong>chlor</strong>ide (cooking salt,<br />

NaCl) is obtained by evaporating seawater<br />

or by mining salt deposits or by<br />

brine extraction (dissolving the layers <strong>of</strong><br />

salt with water un<strong>der</strong>ground and then<br />

pumping out the solution).<br />

<strong>The</strong> following reactions take place in the<br />

electrolysis <strong>of</strong> the NaCl solution:<br />

Cathode:<br />

2 H + + 2e- → H2<br />

Na + + e- → Na (Amalgam <strong>process</strong>)<br />

Anode:<br />

2 Cl- → Cl2 + 2e- →<br />

→<br />

<strong>The</strong> overall equation is:<br />

2 H2O+2 NaCl → H2 +2 NaOH+Cl2<br />

To prevent the mixing <strong>of</strong> the gaseous<br />

products <strong>chlor</strong>ine and hydrogen, and <strong>of</strong><br />

the lye solution formed with the brine,<br />

three important variant <strong>of</strong> the large-scale<br />

industrial <strong>process</strong> have become established<br />

in the market.<br />

Here the membrane <strong>process</strong> is superior<br />

to the amalgam and diaphragm <strong>process</strong>es<br />

with regard to energy consumption<br />

and environmental acceptability (avoidance<br />

<strong>of</strong> asbestos and mercury).<br />

1. Amalgam <strong>process</strong><br />

<strong>The</strong> electrolytic cell for the amalgam<br />

<strong>process</strong> forms a weakly inclined troughlike<br />

longitudinally extended cell. A thin<br />

layer <strong>of</strong> mercury acts as the cathode, as<br />

it flows over the electrically conductive<br />

cell floor. Here sodium is extracted from<br />

the pure brine and taken up by the<br />

mercury as an amalgam. In the amalgam<br />

decomposer the sodium amalgam in<br />

conjunction with water reacts to form<br />

caustic soda and hydrogen. <strong>The</strong> caustic<br />

soda created has a concentration <strong>of</strong><br />

50%, so evaporation is not necessary.<br />

<strong>The</strong> <strong>chlor</strong>ine gas formed at the anode is<br />

then dried and compressed, as in the<br />

diaphragm and membrane <strong>process</strong>es.<br />

<strong>The</strong> dilute brine coming out is de<strong>chlor</strong>inated,<br />

reconcentrated with fresh salt,<br />

purified by the precipitation <strong>of</strong> impurities<br />

such as sulphate, iron and other heavy<br />

metals, and fed back into the <strong>process</strong>.<br />

→<br />

→<br />

A l’échelle industrielle, le <strong>chlor</strong>e et la<br />

soude caustique sont essentiellement<br />

fabriqués par électrolyse de solutions de<br />

<strong>chlor</strong>ure de sodium (saumure). Le <strong>chlor</strong>ure<br />

de sodium (sel de cuisine, NaCl),<br />

produit initial, est obtenu par concentration,<br />

par évaporation d’eau salée ou par<br />

extraction voire dissolution sur place de<br />

gisements de sel (dissolution de couches<br />

de sel avec de l’eau sous terre puis pompage<br />

de la solution).<br />

L’électrolyse de la solution de NaCl<br />

déclenche les réactions suivantes:<br />

Cathode:<br />

2 H + + 2e- → H2<br />

Na + + e- → Na (procédé à l’amalgame)<br />

Anode:<br />

2 Cl - → Cl2� + 2e -<br />

→<br />

L’équation brute est la suivante:<br />

2 H2O+2 NaCl → H2 +2 NaOH+Cl2<br />

Trois techniques industrielles différentes<br />

existent à ce jour pour éviter le mélange<br />

des produits gazeux que sont le <strong>chlor</strong>e et<br />

l’hydrogène ainsi que la lessive formée<br />

avec la saumure.<br />

Le procédé à membrane est préférable<br />

aux procédés à l’amalgame et à diaphragme<br />

du point de vue de la consommation<br />

d’énergie et de son aspect<br />

écologique (exclusion d’amiante et de<br />

mercure).<br />

1. Procédé à l’amalgame<br />

La cellule d’électrolyse destinée au<br />

procédé à l’amalgame est une cellule allongée,<br />

légèrement inclinée en forme<br />

d’auge. La cathode consiste en une fine<br />

couche de mercure qui s’écoule sur le<br />

fond conducteur de la cellule. Du sodium<br />

- absorbé comme amalgame par le mercure<br />

- est dégagé de la saumure pure.<br />

Dans le réacteur, l’amalgame de sodium<br />

réagit avec l’eau pour donner de la<br />

soude caustique et de l’hydrogène. La<br />

soude caustique obtenue présente une<br />

concentration de 50%, une concentration<br />

par évaporation n’est pas nécessaire. Le<br />

<strong>chlor</strong>e gazeux qui se forme sur l’anode<br />

est ensuite séché et comprimé comme<br />

pour le procédé à diaphragme et membrane.<br />

Le <strong>chlor</strong>e est supprimé de la saumure<br />

épuisée obtenue ; celle-ci est ensuite<br />

concentrée en sel frais puis épurée par<br />

précipitation d’impuretés comme le<br />

sulfate, le fer et d’autres métaux lourds<br />

avant d’être reconduite vers le <strong>process</strong>.<br />

3<br />

→<br />


2. Diaphragmaverfahren<br />

Beim Diaphragmaverfahren trennt eine<br />

poröse Wand (Diaphragma) den Anodenraum<br />

vom Kathodenraum und verhin<strong>der</strong>t<br />

somit eine Reaktion <strong>der</strong> Elektrolyseprodukte.<br />

<strong>Die</strong> Reinsole wird in den Anodenraum<br />

geför<strong>der</strong>t, wo durch anodische Oxidation<br />

Chlor gebildet wird. <strong>Die</strong> an Chloridionen<br />

(Cl - ) abgereicherte Sole tritt durch das<br />

Diaphragma in den Kathodenraum ein,<br />

an <strong>der</strong>en Kathode sich Wasserst<strong>of</strong>f entwickelt.<br />

<strong>Die</strong> im Kathodenraum entstehende<br />

Natronlauge hat eine Konzentration<br />

von etwa 130 g/l und enthält<br />

beträchtliche Mengen an NaCl (190 g/l).<br />

Durch einen mehrstufigen Eindampfungsprozess<br />

wird die Konzentration <strong>der</strong><br />

NaOH auf 50% erhöht, die Konzentration<br />

von NaCl auf etwa 1% reduziert.<br />

Das dabei ausgefällte NaCl wird <strong>der</strong><br />

Ausgangssole wie<strong>der</strong> zugeführt.<br />

3. Membranverfahren<br />

Das Membranverfahren vermeidet den<br />

Nachteil <strong>der</strong> Quecksilberemission beim<br />

Amalgamverfahren und den Nachteil <strong>der</strong><br />

NaCl-haltigen Natronlauge sowie <strong>der</strong><br />

Asbestemission beim Diaphragmaverfahren.<br />

In diesem <strong>Verfahren</strong> werden <strong>der</strong><br />

Anoden-und Kathodenraum durch eine<br />

spezielle Kationenaustauschermembran<br />

aus einem modifizierten PTFE getrennt.<br />

<strong>Die</strong>se Membran ist für Natriumionen<br />

sowie Wasser durchlässig, nicht aber für<br />

Chloridionen.<br />

<strong>Die</strong> entstehende Natronlauge ist somit<br />

im Vergleich zu dem Diaphragmaverfahren<br />

nahezu frei von Chloridionen. <strong>Die</strong><br />

eigentliche Elektrolyse ist vergleichbar<br />

mit <strong>der</strong> des Diaphragmaverfahrens, an<br />

<strong>der</strong> Anode bildet sich Chlorgas, an <strong>der</strong><br />

Kathode entsteht Wasserst<strong>of</strong>f.<br />

<strong>Die</strong> Dünnsole wird ent<strong>chlor</strong>t, mit Salz<br />

aufgesättigt, gereinigt und als Reinsole<br />

dem Prozeß wie<strong>der</strong> zugeführt. <strong>Die</strong> entstehende<br />

Natronlauge hat eine Konzentration<br />

von 30 - 35 % und kann durch<br />

Eindampfung auf 50 % aufkonzentriert<br />

werden.<br />

1 Sole-Aufsättigung / Brine saturation /<br />

Saturation de saumure<br />

2 Sole-Reinigung / Brine purification /<br />

Epuration de saumure<br />

3 Anolyt-Ent<strong>chlor</strong>ung / Anolyte de<strong>chlor</strong>ination /<br />

Dé<strong>chlor</strong>ation d’anolyte<br />

4Cl2-Trocknung / Cl2 drying / Séchage Cl2<br />

4<br />

2. Diaphragm <strong>process</strong><br />

In the diaphragm <strong>process</strong> a porous wall<br />

(diaphragm) separates the anode<br />

chamber from the cathode chamber and<br />

thus prevents a reaction between the<br />

products <strong>of</strong> electrolysis.<br />

<strong>The</strong> pure brine is pumped into the anode<br />

chamber, where <strong>chlor</strong>ine is formed by<br />

anodic oxidation. <strong>The</strong> brine, enriched<br />

with <strong>chlor</strong>ide ions (Cl - ) passes through<br />

the diaphragm into the cathode chamber,<br />

where hydrogen is evolved at the<br />

cathode. <strong>The</strong> caustic soda created in the<br />

cathode chamber has a concentration <strong>of</strong><br />

around 130 g/l and contains consi<strong>der</strong>able<br />

quantities <strong>of</strong> NaCl (190 g/l).<br />

In a multistage evaporation <strong>process</strong>, the<br />

concentration <strong>of</strong> the NaOH is increased<br />

to 50%, whilst the concentration <strong>of</strong> NaCl<br />

is reduced to around 1%.<br />

<strong>The</strong> NaCl precipitated in his proces is fed<br />

back into the starting brine.<br />

3. Membrane <strong>process</strong><br />

<strong>The</strong> membrane <strong>process</strong> avoids the<br />

disadvantage <strong>of</strong> the emission <strong>of</strong> mercury<br />

during the amalgam <strong>process</strong> and the<br />

disadvantage <strong>of</strong> the caustic soda containing<br />

NaCl plus the asbestos emissions<br />

during the diaphragm <strong>process</strong>.<br />

In this <strong>process</strong> the anode and cathode<br />

chambers are separated by a special<br />

cation exchange membrane made from a<br />

modified PTFE.<br />

This membrane is permeable to sodium<br />

ions and water, but not to <strong>chlor</strong>ide ions.<br />

<strong>The</strong> caustic soda created is thus virtually<br />

free from <strong>chlor</strong>ide ions in comparison to<br />

the diaphragm <strong>process</strong>. <strong>The</strong> actual electrolysis<br />

is comparable to that in the<br />

diaphragm <strong>process</strong>, <strong>chlor</strong>ine gas forms<br />

at the anode, hydrogen is created at the<br />

cathode.<br />

<strong>The</strong> dilute brine is de-<strong>chlor</strong>inated, saturated<br />

with salt, purified and fed back into<br />

the <strong>process</strong> as pure brine. <strong>The</strong> caustic<br />

soda created has a concentration <strong>of</strong><br />

30 - 35 % and can be concentrated up to<br />

50 % by evaporation.<br />

2. Procédé à diaphragme<br />

Dans le cas du procédé à diaphragme,<br />

une paroi poreuse (le diaphragme) sépare<br />

le compartiment anodique du compartiment<br />

cathodique et empêche ainsi une<br />

réaction des produits d’électrolyse.<br />

La saumure pure est dirigée vers le compartiment<br />

anodique où se forme du <strong>chlor</strong>e<br />

par oxydation anodique. La saumure<br />

appauvrie en ions de <strong>chlor</strong>e (Cl - ) traverse<br />

le diaphragme pour pénétrer dans le compartiment<br />

cathodique où de l’hydrogène<br />

se forme sur la cathode. La soude caustique<br />

qui se forme dans le compartiment<br />

de la cathode présente une concentration<br />

d’environ 130 g/l et contient des quantités<br />

considérables de NaCl (190 g/l).<br />

La concentration de NaOH est portée à<br />

50% et celle du NaCl est réduite à environ<br />

1% par un <strong>process</strong> d’évaporation à<br />

plusieurs étages.<br />

Le NaCl précipité est redirigé vers la<br />

saumure initiale.<br />

3. Procédé à membrane<br />

Le procédé à membrane exclut le désavantage<br />

d’une émission de mercure qui<br />

se produit lors du procédé à l’amalgame<br />

ainsi que l’inconvénient d’une soude<br />

caustique à teneur en NaCl et les émissions<br />

d’amiante du procédé à diaphragme.<br />

Au cours de ce procédé, les compartiments<br />

anodique et cathodique sont<br />

séparés par une membrane spéciale,<br />

échangeuse de cations, constituée d’un<br />

PTFE modifié.<br />

Cette membrane est perméable aux ions<br />

de sodium et à l’eau mais pas aux ions<br />

de <strong>chlor</strong>ure.<br />

La soude caustique formée est donc pratiquement<br />

dépourvu d’ions de <strong>chlor</strong>ure<br />

par comparaison au procédé à diaphragme.<br />

L’électrolyse proprement dite est<br />

comparable à celle du procédé à diaphragme;<br />

un <strong>chlor</strong>e gazeux se forme sur<br />

l’anode et de l’hydrogène est produit sur<br />

la cathode.<br />

Le <strong>chlor</strong>e est supprimé de la saumure<br />

appauvri. Celle-ci est saturée de sel,<br />

épurée et transférée sous la forme de<br />

saumure pure au <strong>process</strong>. La soude<br />

caustique formée a une concentration de<br />

30 - 35% et peut être concentrée par<br />

évaporation à 50%.<br />

5 Cl2-Verflüssigung / Cl2 liquefaction / Liquéfaction Cl2<br />

6 Amalgamzersetzer / Amalgam decomposer / Réacteur d’amalgame<br />

7 Eindampfung / Evaporation / Concentration par évaporation<br />

8 Salzabtrennung / Salt separation / Séparation de sel<br />

9 Flüssig-Chlortank / Liquid <strong>chlor</strong>ine tank / Citerne à <strong>chlor</strong>e liquide


Vereinfachte Fließbil<strong>der</strong> / Simplified flow diagrams / Synoptiques simplifiés<br />

Amalgamverfahren / Amalgam <strong>process</strong> / Procédé à l’amalgame<br />

Reinsole / Pure brine<br />

Saumure pure 310 g / l NaCl<br />

Diaphragmaverfahren / Diaphragm <strong>process</strong> / Procédé à diaphragme<br />

Reinsole / Pure brine<br />

Saumure pure 310 g / l NaCl<br />

Membranverfahren / Membrane <strong>process</strong> / Procédé à membrane<br />

Dünnsole / Dilute brine<br />

Saumure appauvrie 200 g / l NaCl<br />

Reinsole / Pure brine<br />

Saumure pure 310 g / l NaCl<br />

NaCl H2O<br />

Cl2<br />

Anode<br />

Anode<br />

Cl2<br />

Anode<br />

Diaphragma<br />

Diaphragm<br />

Diaphragme<br />

Cl2<br />

Membran<br />

Membrane<br />

Kathode<br />

Cathode<br />

H2<br />

NaCl H2O<br />

H2<br />

Dünnsole<br />

Dilute brine<br />

Saumure appauvrie<br />

270 g / l NaCl<br />

NaHgx<br />

NaCl H2O<br />

Katholyt<br />

Catholyte<br />

190 g / l NaCl<br />

130 g / l NaOH<br />

Kathode<br />

Cathode<br />

Kathode<br />

Cathode<br />

31% NaOH<br />

Hg<br />

H2O<br />

H2<br />

Salzsole / Salt brine / Saumure<br />

50% NaOH<br />

max. 0,006% NaCl<br />

H2O<br />

50% NaOH<br />

1 % NaCl<br />

33% NaOH<br />

0,007 % NaCl<br />

50% NaOH<br />

0,01 % NaCl<br />

5


Wichtige För<strong>der</strong>medien <strong>der</strong><br />

<strong>Chlor<strong>alkali</strong>elektrolyse</strong>.<br />

● Rohsole: Verunreinigte NaCl-Lösung<br />

● Reinsole: Gereinigte 26%-ige NaCl-<br />

Lösung<br />

● Dünnsole: 19 - 23%-ige NaCl-Lösung<br />

● Quecksilber und Natriumamalgam<br />

● Natronlauge: 30 - 50% NaOH<br />

● Feuchtes Chlor<br />

● Flüssiges Chlor<br />

● Trocknersäure, 80 - 98% H2SO4<br />

mit Cl2 gesättigt<br />

● Natriumhypo<strong>chlor</strong>it, 12 - 15% NaOCl<br />

FRIATEC-Rheinhütte-Pumpen sind in<br />

allen Prozeßschritten <strong>der</strong> <strong>Chlor<strong>alkali</strong>elektrolyse</strong><br />

erfolgreich vertreten.<br />

Dabei ist sowohl die mediumspezifische<br />

Pumpenkonstruktion als auch <strong>der</strong><br />

richtige Werkst<strong>of</strong>f für die Standzeit <strong>der</strong><br />

Pumpen von großer Bedeutung.<br />

Rheinhütte Pumpenbaureihen für den<br />

Einsatz in <strong>der</strong> <strong>Chlor<strong>alkali</strong>elektrolyse</strong>:<br />

6<br />

Pumpentyp / Type <strong>of</strong> Pump / Type de Pompe<br />

Chemiepumpe / Chemical pump / Pompe chimie<br />

Chemie-Normpumpen / Standardized chemical pump<br />

Pompes chimie normalisées<br />

Important pumped media in<br />

<strong>chlor</strong><strong>alkali</strong> electrolysis.<br />

Vertikale Chemie-Kreiselpumpen / Vertical chemical pump<br />

Pompes chimie verticales<br />

Vertikale Chemie-Kreiselpumpen / Vertical chemical pump<br />

Pompes chimie verticales<br />

Magnetkupplungspumpe<br />

Magnetic drive pump<br />

Pompe à entrînement magnetique<br />

Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe / Liquid ring vacuum pump<br />

Pompe à anneau liquide<br />

Chemie-Normpumpe/ Standardized chemical pumps<br />

Pompes chimie normaliées<br />

● Raw brine: contaminated NaCl solution<br />

● Pure brine: purified 26% NaCl solution<br />

● Dilute brine: 19 - 23% NaCl solution<br />

● Mercury and sodium amalgam<br />

● Caustic soda: 30 - 50% NaOH<br />

● Moist <strong>chlor</strong>ine<br />

● Liquid <strong>chlor</strong>ine<br />

● Desiccator acid 80 - 98% H2SO4<br />

saturated with Cl2<br />

● Sodium hypo<strong>chlor</strong>ite, 12 - 15%<br />

NaOCl<br />

FRIATEC-Rheinhütte pumps are<br />

successfully represented in all stages <strong>of</strong><br />

the <strong>chlor</strong>-<strong>alkali</strong> electrolysis <strong>process</strong>.<br />

Here a pump designed specifically for<br />

the medium and the right material for the<br />

pump’s working life are both <strong>of</strong> great importance.<br />

Rheinhütte ranges <strong>of</strong> pumps for use<br />

in <strong>chlor</strong>-<strong>alkali</strong> electrolysis:<br />

Typ / Type RCE<br />

Typ / Type RN<br />

Typ / Type RVHg<br />

Typ / Type GVSN<br />

Typ / Type RMKN<br />

Typ / Type GIP<br />

Typ / Type FNPM<br />

Typ / Type RNP<br />

Typ / Type FGP<br />

Typ / Type CPDR<br />

Typ / Type RCNKu<br />

Principaux fluides de l’électrolyse du<br />

<strong>chlor</strong>e.<br />

● Saumure brute: solution impure de<br />

NaCl<br />

● Saumure pure: solution purifiée de<br />

NaCl à 26%<br />

● Saumure appauvrie: solution de NaCl<br />

à 19 – 23%<br />

● Mercure et amalgame de sodium<br />

● Soude caustique: NaOH à 30 - 50%<br />

● Chlore humide<br />

● Chlore liquide<br />

● Acide, H2SO4 à 80 – 98%<br />

saturé avec du Cl2<br />

● Hypo<strong>chlor</strong>ite de sodium, NaOCl<br />

à 12 - 15%<br />

Les pompes FRIATEC-Rheinhütte sont<br />

installées avec succès dans toutes les<br />

étapes de l’électrolyse du <strong>chlor</strong>e.<br />

Dans ce cas, la construction des pompes<br />

spécifiques aux milieux mais aussi le<br />

matériau adequat revêtent une grande<br />

importance pour la durée de vie des<br />

pompes.<br />

Séries de pompes Rheinhütte pour<br />

une utilisation dans l’électrolyse du<br />

<strong>chlor</strong>e:<br />

Werkst<strong>of</strong>fe / Materials / Matériaux<br />

Titan, HA 28 5<br />

Titan, Titan-PD, 1.4408<br />

Siguß (G-X 90 SiCr 15 5), Nickel<br />

HA 28 5 (G-X5 CrNiMoCu 28 5)<br />

R 70 C1 (2.4686), R 70C2 (2.4602)<br />

GG - 25 (0.6025)<br />

1.4408<br />

1.4408, Nickel, titan, Titan-PD<br />

ETFE, PFA<br />

Keramik FRIKORUND ® ,<br />

PVDF


RCE..B<br />

RN..B<br />

RNSi..B<br />

● Robuste Lagerbockkonstruktion Typ RCE..B für den Einsatz<br />

in festst<strong>of</strong>fhaltiger, abrasiv wirken<strong>der</strong> Rohsole (NaCl). Wellenabdichtung<br />

hydrodynamisch durch Laufradrückenschaufeln und<br />

Entlastungsrad, Spül- und Quenchanschluß zur Vermeidung<br />

von Aushärtung und Kristallisation des För<strong>der</strong>mediums.<br />

Werkst<strong>of</strong>fausführung: je nach Anfor<strong>der</strong>ung Titan o<strong>der</strong> HA 28 5.<br />

● Robust bearing pedestal construction Type RCE..B for use<br />

in abrasive raw brine (NaCl) containing solids. Hydrodynamic<br />

shaft sealing by impeller back vanes and auxiliary impeller,<br />

flushing and quenching connection to prevent setting and<br />

crystallisation <strong>of</strong> the pumped medium.<br />

Material: Titanium or HA 28 5, depending on requirement.<br />

● Construction à support de palier robuste type RCE..B pour<br />

une utilisation sur de la saumure brute chargée en matières<br />

solides donc abrasive (NaCl). Etanchéité d’arbre hydrodynamique<br />

grâce à des aubes dorsales et une roue de décharge,<br />

raccords de rinçage et d’injection pour éviter la précipitation et<br />

la cristallisation du fluide. Variante de matériaux selon les<br />

exigences: titane ou HA 28 5.<br />

● Chemie-Normpumpe Typ RN..B o<strong>der</strong> RN..CN2 zur För<strong>der</strong>ung<br />

gereinigter und / o<strong>der</strong> <strong>chlor</strong>haltiger Sole (NaCl). Vorzugsweise<br />

Bauform B mit hydrodynamischer Wellenabdichtung ,<br />

Spül- und Quenchanschluß zur Vermeidung von Aushärtung<br />

und Kristallisation des För<strong>der</strong>mediums.<br />

Werkst<strong>of</strong>fausführung: je nach Anfor<strong>der</strong>ung Titan, Titan-Pd o<strong>der</strong><br />

HA 28 5.<br />

● Standardised chemical pump, Type RN..B or RN..CN2 for<br />

pumping purified and / or <strong>chlor</strong>ous brine (NaCl). Primarily<br />

Design B with hydrodynamic shaft sealing , flushing and<br />

quenching connection to prevent setting and crystallisation <strong>of</strong><br />

the pumped medium.<br />

Material: Titanium, Titanium-Pd or HA 28 5 depending on<br />

requirement<br />

● Pompe chimie normalisées types RN..B ou RN..CN2 pour le<br />

transfert de saumure pur et / ou à teneur en <strong>chlor</strong>e (NaCl). De<br />

préférence forme de construction B avec étanchéité d’arbre<br />

hydrodynamique, raccords de rinçage et d’injection pour éviter<br />

la précipitation et la cristallisation du fluide. Variantes de<br />

matériaux selon les exigences: titane, titane-Pd ou HA 28 5.<br />

● Chemie-Normpumpe Typ RNSi..B aus Eisensiliziumguß zur<br />

För<strong>der</strong>ung von 80 - 98 %iger, mit Cl2 gesättigter Trocknersäure<br />

(H2SO4). Vorzugsweise Bauform B mit hydrodynamischer<br />

Wellenabdichtung. Werkst<strong>of</strong>fausführung: Siguß.<br />

● Standardised chemical pump, Type RNSi..B in silicon cast<br />

iron for pumping 80 – 98 %, desiccator acid (H2SO4)<br />

saturated with Cl2. Primarily Design B with hydrodynamic shaft<br />

sealing. Material: Si-iron casting.<br />

● Pompes chimie normalisées type RNSi..B en fonte au<br />

silicium pour le transfert d’acide H2SO4 à 80 – 98 % saturé<br />

avec du Cl2 .<br />

De préférence, forme de construction B avec étanchéité d’arbre<br />

hydrodynamique. Matériau: fonte au silicium.<br />

7


8<br />

RN..CN2<br />

RMKN<br />

FGP..CN2<br />

● Chemie-Normpumpe Typ RN..CN2 o<strong>der</strong> Magnetkupplungspumpe<br />

Typ RMKN zur För<strong>der</strong>ung von 30 – 50 %-iger Natronlauge (NaOH).<br />

Beim Typ RN ist eine doppeltwirkende Gleitringdichtung mit Spülanschluß<br />

zur Vermeidung von Kristallisationen vorzuziehen.<br />

Werkst<strong>of</strong>fausführung: In <strong>der</strong> Regel Nickel.<br />

Zur För<strong>der</strong>ung des 12 – 15 %igen Natriumhypo<strong>chlor</strong>its (NaOCl)<br />

können ebenfalls beide Pumpentypen eingesetzt werden. Beim Typ RN<br />

sind die Abdichtungsvarianten CA o<strong>der</strong> CN2 vorzuziehen. Der geeignete<br />

metallische Werkst<strong>of</strong>f ist Titan. In diesem Medium können<br />

ebenfalls Chemie-Normpumpen und Magnetkupplungspumpen aus<br />

geeigneten Kunstst<strong>of</strong>fen eingesetzt werden.<br />

● Standardised chemical pump, Type RN..CN2 or magnetic coupling<br />

pump Type RMKN for pumping 30 – 50 % caustic soda (NaOH).<br />

On Type RN, a double acting mechanical seal is preferred with<br />

flushing connection to prevent crystallisation. Material: Normally nickel<br />

Both pump types can also be used for pumping 12 – 15 % sodium<br />

hypo<strong>chlor</strong>ite (NaOCl). On Type RN the sealing variants CA or CN2<br />

are preferred. <strong>The</strong> suitable metallic material is Titanium. Standardised<br />

chemical pumps and magnetic coupling pumps in suitable plastics<br />

materials can also be used with this medium.<br />

● Pompes chimie normalisées type RN..CN2 ou pompes à<br />

accouplement magnétique type RMKN pour transférer de la soude<br />

caustique à 30 – 50 % (NaOH).<br />

Sur le type RN, il convient de donner la préférence à une garniture<br />

mécanique double pour éviter les cristallisations.<br />

Matériau: nickel en règle générale.<br />

Les deux types de pompes peuvent également être utilisés pour<br />

acheminer l’hypo<strong>chlor</strong>ite de sodium à 12 – 15 % (NaOCl). Dans le<br />

cas du type RN, les variantes d’étanchéité CA ou CN2 doivent être<br />

choisies de préférence. Le matériau métallique approprié est le titane.<br />

Il est également possible d’utiliser des pompes chimie normalisées et<br />

des pompes à accouplement magnétique en plastique appropriées à<br />

ce milieu.<br />

● Einstufige Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe Typ FGP zur Absaugung<br />

des feuchten Chlorgases das sich während <strong>der</strong> Elektrolyse<br />

bildet. Durch den geschlossenen Ringflüssigkeitskreislauf erfolgt keine<br />

Abwasserbelastung. Fliegend gelagertes Laufrad, axial verstellbarer<br />

Laufradspalt, doppeltwirkende Gleitringdichtung und die hochkorrosionsbeständige<br />

Keramik FRIKORUND sind die konstruktiven Hauptmerkmale<br />

dieser Vakuumpumpe. Laufrad auch aus glasfaserverstärktem<br />

PTFE, Keramik o<strong>der</strong> Titan.<br />

● Single stage liquid ring vacuum pump Type FGP for extraction <strong>of</strong><br />

the moist <strong>chlor</strong>ine gas that forms during electrolysis. Thanks to the<br />

closed circuit liquid ring there is no contamination <strong>of</strong> the effluent.<br />

Cantilever mounted impeller, axially adjustable impeller gap, double<br />

acting mechanical seal and the highly corrosion resistant ceramic<br />

FRIKORUND are the main design features <strong>of</strong> this vacuum pump. Impeller<br />

also available in glass fibre reinforced PTFE, ceramics or Titanium.<br />

● Pompe à vide à anneau liquide monocellulaire type FGP pour<br />

l’aspiration le <strong>chlor</strong>e gazeux humide qui se forme pendant<br />

l’électrolyse. En raison du fait que le circuit d’eau de l’anneau liquide<br />

est fermée, l’eau polluée n’a pas à être traitée.<br />

Une roue en porte à faux, un jeu axial de la roue réglable, une garniture<br />

mécanique double et une céramique FRIKORUND très résistante à la<br />

corrosion sont les principales caractéristiques constructives de cette<br />

pompe à vide. Roue réalisable également en PTFE renforcé fibres de<br />

verre, en céramique ou en titane.


RVHgM<br />

Vertikale Magnetkreiselpumpe in<br />

Son<strong>der</strong>konstruktion zur För<strong>der</strong>ung<br />

von Quecksilber o<strong>der</strong> Natriumamalgam.<br />

● Flüssigkeitszulauf von oben zum<br />

Laufrad<br />

● Doppelspiralgehäuse, geschlossenes<br />

Laufrad<br />

● Dichtungslos durch Magnetkupplung.<br />

● Werkst<strong>of</strong>fausführung in GG-25<br />

RVHgM<br />

Vertical magnetic centrifugal pump in a<br />

special design for pumping mercury or<br />

sodium amalgam.<br />

● Liquid feed to the impeller from above<br />

● Double volute casing, closed impeller<br />

● No seals thanks to magnetic coupling.<br />

● Material specification GG-25<br />

RVHgM GVSN<br />

RVHgM<br />

Pompe centrifuge verticale à aimant<br />

de construction spéciale pour<br />

l’acheminement du mercure ou de<br />

l’amalgame de sodium.<br />

● Aspiration du liquide par le dessus<br />

de la roue<br />

● Volute à double spirale, roue fermée<br />

● En raison de l’accouplement<br />

magnétique, pas d’étanchéité<br />

● Matériau: GG-25 (fonte grise)<br />

GVSN<br />

Vertikale Chemie-Kreislepumpe in eino<strong>der</strong><br />

mehrstufiger Bauart zur För<strong>der</strong>ung<br />

von trockenem Flüssig<strong>chlor</strong> (Cl2)<br />

● Mediumspezifische Ausführung mit<br />

gasgesperrter Doppel-Gleitringdichtung<br />

o<strong>der</strong> dichtungslos durch Magnetantrieb.<br />

● Einbau in geschlossenen Behältern,<br />

minimale Einbauabmessungen.<br />

● Doppelspiralgehäuse, geschlossenes<br />

Laufrad, druckentlasteter, trockener<br />

Wellendurchtritt durch Zweirohr-Ausführung.<br />

● Tauchtiefen bis 16 m<br />

● Werkst<strong>of</strong>fausführung in 1.4408.<br />

GVSN<br />

Vertical chemical centrifugal pump in<br />

single or multistage design for pumping<br />

dry liquid <strong>chlor</strong>ine (Cl2)<br />

● Design specific to the medium with<br />

gas-sealed double mechanical seal or<br />

no seals thanks to magnetic drive.<br />

● Installation in closed tanks, minimal<br />

installation dimensions.<br />

● Double volute casing, closed impeller,<br />

pressure relieved, dry shaft gland due<br />

to twin tube design.<br />

● Submersion depths up to 16 m<br />

● Material specification 1.4408.<br />

GVSN<br />

Pompe chimie centrifuges verticales monocellulaires<br />

ou multicellulaires pour le<br />

transport de <strong>chlor</strong>e liquide (Cl2)<br />

● Exécutions avec double garniture<br />

à gaz ou avec entraînement<br />

magnétique.<br />

● Installation dans des reservoirs<br />

fermés, dimensions minimales.<br />

● Volute à double spirale, roue fermée,<br />

passage d’arbre sec détendu par une<br />

variante bitube.<br />

● Hauteur sons plaque d’assise:<br />

jusqu’à 16 m<br />

● Matériau: 1.4408.<br />

9


3.00.0013 – 0303 d-e-f<br />

FRIATEC-Rheinhütte GmbH & Co. KG<br />

Postfach / P.O.B. 12 05 45 • D-65083 Wiesbaden<br />

Rheingaustr. 96 -100 • D-65203 Wiesbaden<br />

Tel. +49 (0)611/604-0 • Fax +49 (0)611/604-328<br />

Internet: www.friatec.de • www.rheinhuette.de<br />

e-mail: info@rheinhuette.de • service@rheinhuette.de<br />

2.5 · IV.03 WST

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